年产2万吨对硝基苯甲酸乙酯工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产2万吨对硝基苯甲酸乙酯工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

料衡算 ； 热量衡算 ； 工艺设计 II Process Design of Ethy 4nitrobenzoate for 20kt/a Abstract: This design is on a brief ethy 4nitrobenzoate production present situation and analysis of ethy 4nitrobenzoate on the basis of progress in production technology of ethy 4nitrobenzoate. The target is 20kt/a of ethy of ethy 4nitrobenzoate by direct esterification entire section for technological designed a plete process and separate the high purity ethy 4nitrobenzoate. According to the material balance that the feed rate of the rectification column is kmol/h, the top and bottom discharge rate is kmol/h and kmol/h. According to the laws of thermodynamics that the feed temperature is 87℃ , top temperature is 80℃ and bottom temperature is 108℃ . The minimum reflux ratio is and the theoretical plate number is 8, real plate number is 20. According to the design requirements that the diameter of the rectifying tower is 600 mm and height m. Check the calculation of fluid mechanics of sieve plate and draw up the load performance diagram. Finally, the purity of ethy 4nitrobenzoate products can be %. Key wods: Ethy 4nitrobenzoate。 Rectification。 Material balance。 Heat balance。 Process design 1 引 言 对硝基苯甲酸乙酯（ Ethy 4nitrobenzoate）又名 4硝基苯甲酸乙酯，分子式是 C9H9NO4，无色或浅黄色针状结晶，熔点为 57℃、沸点为 ℃，易溶于乙醇、乙醚，不溶于水，常用作有机合成中间体。 在医药工业，用于生产苯佐卡 因、盐酸普鲁卡因等麻醉药剂，同时也是一种用于防止皮革制品、软塞产品和某些颜料霉变的最有效的杀菌剂。 目前世界上生产对硝基苯甲酸乙酯的主要方法是对硝基苯甲酸与乙醇酯化反应生成对硝基苯甲酸乙酯。 最常用的合成方法是对硝基苯甲酸与相应醇的直接酯化法，这是一个典型的可逆过程，反应速度慢平衡常数小，即使在加热回流的情况下 ,也需要很长时间才能达到平衡。 为了提高酯的产率，可增加其中一种较便宜、易分离原料的用量 ,使平衡向生成物方向移动；也可以加装分水器不断除去反应生成的水；另一种有效的方法是加入催化剂 ,在这方面近年来出现大量 卓有成效的工作。 工业上羧酸酯的合成一般采用硫酸为催化剂 [1]，但是严重腐蚀设备，副反应多，后处理复杂，故本设计采用新型催化剂，对年产量为 2 万吨的对硝基苯甲酸乙酯生产工艺流程和精馏段工艺进行设计，设计出产量高、副反应少、工艺流程简单、对环境污染小的对硝基苯甲酸乙酯生产工艺流程，为新型对硝基苯甲酸乙酯生产装置的投产提供理论支持，以满足我国日益增长的对硝基苯甲酸乙酯的供应需求。 2 第 一 章 文献综述 生产对硝基苯甲酸乙酯的反应原理 目前工业上生产对硝基苯甲酸乙酯的主要方法是对硝基苯甲酸 与乙醇在硫酸为催化剂的条件下脱水酯化反应生成酯。 对设备腐蚀严重，副反应多，后处理复杂。 随着众多环境友好型催化剂被开发出，采用新型催化剂的工业生产也势在必行。 目前生产对硝基苯甲酸乙酯的主要方法是直接酯化法。 直接酯化生产对硝基苯甲酸乙酯即是用对硝基苯甲酸和乙醇在催化剂的作用下脱水酯化生成对硝基苯甲酸乙酯。 反应方程式如下 [2]： 新型催化剂 苯磺酸 周虹屏等 [3]以苯磺酸为催化剂，实现了对硝基苯甲酸与乙醇反应合成对硝基苯甲酸乙酯。 苯磺酸对硝基苯甲酸乙酯的合成具有良好的催化性能，催化产率高 且外观颜色较深。 并在实验的基础上得出最佳反应条件：以 对硝基苯甲酸为准， n(对硝基苯甲酸 ):n(乙醇） =1:4 催化剂用量为 反应 4h，反应温度 78~82 C，产率达 %。 对甲苯磺酸 唐明明等 [4]以对甲苯磺酸为催化剂，合成了对硝基苯甲酸乙酯。 在实验的基础上得出：其最佳反应条件为：醇酸摩尔比 4:1，催化剂用量为醇酸总量 9%，反应时间 ，反应温度 81~85℃ ，酯化反应产率高达 %。 对甲苯磺酸作催化剂合成对硝基苯甲酸乙酯，生产工艺简单，反应时间短，产品色泽浅，收 率高。 合成对硝基苯甲酸乙酯的最佳工艺条件为：醇酸摩尔比 4:1，催化剂用量 9%，反应时间 ，反应温度 81℃ ~85℃。 三氧化二钕 李晓莉等 [5]用三氧化二钱作催化剂用于对硝基苯甲酸乙醋的合成，具有活性高、不腐 3 蚀设备、污染少的优点。 并得出了合成对硝基苯甲酸乙醋的最佳工艺条件为： 对硝基苯甲酸， n(对硝基苯甲酸 ):n(乙醇 )=1:6，催化剂用量 ，带水剂用量为 ，反应时间为 3h，反应温度 79~81℃ ，收率大于 89％。 钨锗杂多酸 吴庆银等 [6]经实验研究 得出杂多酸是固体超强酸，具有活性高、不腐蚀设备、污染少等优点，但是钨锗酸催化合成对硝基苯甲酸乙酯的产率较低，这主要是由于对硝基苯甲酸本身的结构所造成的。 羧酸的共轭效应越强，羰基吸电子性越弱，其酯化的产率越低，这与杂多酸催化酯化反应的规律相一致。 对硝基苯甲酸乙酯的适宜工艺条件为：对硝基苯甲酸 10g，钨锗杂多酸 ，反应时间 ,醇酸摩尔比 ， 带水剂甲苯 10ml， 反应温度 79～81℃ ，此时，酯的收率达 %。 硫酸氢钾 王浩等 [7]在对硝基苯甲酸乙酯的合成中首次采用硫酸氢钾 作为催化剂，在实验的基础上得出：硫酸氢钾对此反应具有极高的催化活性，在对硝基苯甲酸 mol、醇酸摩尔比4:催化剂用量 g、反应时间 4 h、反应温度 75～ 80℃ 的条件下，进行预酯化反应，对硝基苯甲酸的转化率超过 72%，这样既可使物料成为液体具有流动性，方便连续进料，也可减少酯化反应的时间。 然后以绝对过量的乙醇蒸汽连续进料，在管式反应器中进行连续酯化反应。 经连续酯化后对硝基苯甲酸转化率大于 98%，经过精镏可得到纯度为 99％～100％的对硝基苯甲酸乙酯产品酯化反应产率高达 %；硫酸氢钾 作为催化剂，催化活性高，副反应少，对设备腐蚀性小，且硫酸氢钾反应后大多呈固体状，易分离，是对硝基苯甲酸乙酯催化酯化反应比较好的催化剂；此外本方法具有操作简便，反应时间短，产率高，后处理方便的特点，符合节能环保、绿色化工的发展趋势，为降低一些医药和化工产品的中间体的生产成本创造了可能，具有一定的工业推广价值。 精馏塔的发展状况 塔器最常用的分类方法是按塔内件的结构分类，主要有板式塔和填料塔两类，还有塔板填料复合塔、喷淋塔、鼓泡塔、湿壁塔以及机械运动构件的塔，也就是有补充能量的塔，如脉动塔和转盘塔等。 板式塔是一种逐级接触型的气液传质设备，塔内以塔板作为基本构件，气体以鼓泡或喷射的形式穿过塔板上的液层，气液两相密切接触达到气液两相总体逆流、板上错流的效果。 气液两相的组分浓度沿塔高呈阶梯式变化。 板式塔主要包括传统的筛板塔、泡罩塔、浮阀塔、舌片塔板与浮舌塔板、穿流塔板和各种改进型浮阀塔板、多种传质元件混排塔板 4 和造成板上大循环的立体喷射塔板等。 其中筛孔塔板简称筛板，其结构简单，历史悠久，至今仍是应用最为广泛的一种传质分离设备。 近百年来，对筛板的流体力学和传质性能的研究已取得很大进展，因而筛板的设计方法已渐趋成 熟。 至今，许多新型塔板都采用筛板的水力学模型作为研究基础和工程设计参照模型。 据不完全统计，目前欧美许多国家工业应用的板式塔中， 60%以上的内件都是筛板及其改进型，国内在运行的板式塔中筛板型也占很大比例。 筛板塔的结构特点： （ 1）从总体上看，筛板塔的气流流动是呈逆流的，气体从下而上，液体从上而下。 对于常规带有降液管的筛板，筛板上的气液流动则是呈错流型的，即液体水平流过筛板板面，气体从下而下穿过塔板。 液体通过降液管从一层筛板流入下一层筛板。 气体穿过塔板上的筛孔鼓入液层，形成泡沫层，进行气液传质，然后离开 泡沫层，上升到上一层筛板。 （ 2）筛孔：筛孔大小对气体穿过筛孔形成的气泡大小形影不大，气泡大小主要取决于液体的表面张力、粘度和气液密度。 表面张力越大，气泡平均直径越大。 筛孔的孔间距要考虑塔板上气液两相接触的要求。 孔间距过小，会加剧穿过相邻筛孔的气泡相互撞击和聚并，增加板压降和雾沫夹带。 孔间距过大，会使鼓泡不均匀，孔间液层出现死区，影响气液接触传质，降低传质效率。 一般孔间距为孔径的 ～ 4 倍。 （ 3）降液管和溢流方式：降液管必须有 足够的截面积和容积。 降液管可分为弓形、圆形，也可以为矩形。 因为降液管的设置不同，液体在塔板上的溢流模式也就随之不同，溢流分为单溢流，双溢流和多溢流。 （ 4）受液盘：受液盘设置在降液管的底部，起到接收上一层塔板下流的液体并使其转向 90176。 水平流入塔板的作用。 同时，受液盘还起到液封的作用。 受液盘有平盘和凹形盘两种。 （ 5）液体分布器：对于板式塔，液体入口就是模拟上一层塔板的液体下流模式，往往只需一根直管或丁字形管。 对于多溢流塔板液体分布器的开口，应按流体力学计算来确定。 有时需要中间抽取液体，还得设置烟囱板，即起到 收集液体和从烟囱分流气体的作用。 （ 6）气体分布器：板式塔的气体进口分布虽然没有填料塔那么敏感，但对底层塔板的操作工况还是有一定的影响。 随着化工装置的大型化和对设备强化的要求越来越高，板式塔的气体分布质量也逐渐被重视。 如果是气液混合物进入，则更应注意气体分布器结构的合理性。 付有成 [8]等阐述了板式塔技术的进展方向如下 :（ 1） 新型 降液管：如 KOCHGLITSCH 5 公司的 NYE 塔板、 MAXFRAC 塔板、 SUPERFRAC 塔板； SULZER 公司的 VORTEX 塔板；浙江工业大学的 DJ 塔板；南京大学的 95 塔板和混 合箱塔板等。 这些塔板的降液管都具有液体通过能力强、气液分离效果好、抗液泛能力强等优点。 （ 2） 传质元件小型化：不论是固定阀还是浮阀，传质元件向小型化发展，小的传质元件有利于塔内两相流体的 MUPHREE板效率，从而提高塔板的传质效率。 （ 3）设置液体导流装置：在降液管的入口区设置液体导流装置，气体按一定方向推动液体流动，克服塔板上 (尤其在塔板弓形区 )液体返混，提高传质效率，如 UCC 公司的 LINDE 筛板。 （ 4）传质元件复合化：在塔板上设置填料元件，用以充分发挥多种传质元件的作用。 例如，浙江工业大学的 DJ211。 型塔板设置 了薄层规整填料； KOCHGLTSCH 的 SUPERFRAC+型塔板设置了小浮阀以及薄层规整填料； UOP 公司的 ECMD、 EEMD 塔板设置了筛孔或浮阀和薄层规整填料；河北工业大学的 NVST 在垂直罩体的上部设置了规整填料等。 （ 5）新型无降液管塔板。 采用高效传质元件，使气体能以喷射状态与液体接触，取消降液管，如 Samp。 W 公司的波纹筛孔塔板。 华北工业大学的 NVST塔板等。 板式塔作为重要的传质设备之一，可以在各种分离工艺过程中广泛应用，开发新型传质效率高、压降小、通量大的板式塔 ,塔内件始终是板式塔技术的发展方向。 对硝基苯甲酸乙酯的发展趋势 近来，全球很多国家与地区对硝基苯甲酸乙酯的消费量都呈现出增长态势，亚洲已是对硝基苯甲酸乙酯需求量增长最快的地区，其增长动力主要来自我国大陆的需求增长。 预计今后几年，全球对硝基苯甲酸乙酯市场需求有望以年均约 5%的速度增长， 2020年总消费量将达到约 400 万吨。 我国己对硝基苯甲酸乙酯产业起步较晚，下游产品过于单一，在激烈的市场竞争中很难获较大利润，生存空间有限，相关企业要加快下游产品开发与生产，形成上游产品规模化，下游产品多元化、系列化和精细化。 我国对硝基苯甲酸乙酯产业 还处在发展阶段。 近年来我国对硝基苯甲酸产业取得了很大的发展，有丰富的对硝基苯甲酸资源，供过于求的局面逐步形成，应充分利用现有资源，提高产品附加值，具有可观的经济和社会效益。 作为对硝基苯甲酸的下游产品，再加上对硝。